〔大学论文〕x62w铣床电气线路改造和英文翻译〔含word文档〕.pdf

宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 1 1 1 概概述述 随着机械化程度越来越高 plc 应用技术发展很快。plc 是一种数字运算操作 的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其 内部存储执行逻辑运算、 顺序控制、 定时、 计数和算术等操作指令， 并通过数字、 模拟式的输入和输出控制各种机械或生产过程。plc 的主要优点有：通用性好、 可靠性好、环境适用性好、抗干扰性能强、功能强、结构简单、使用方便、体积 小、重量轻、功耗低。由于 plc 具有上述一系列有点，因此在工业控制方面 plc 已广泛应用于化工、轻工、机械、电子、建筑、交通、运输等各行业。用 plc 控制系统代替体积大、 投资大、 功耗大的继电器接触器系统是今后发展的趋势。 按照 plc 的控制类型不同，plc 应用于以下几个方面： （1）逻辑控制。这是 plc 最基本的控制，可用以取代继电气控制和二极管 矩阵式顺序控制，如铣床、电梯起重机等的电气控制。 （2）模拟量控制。plc 具有 d/a、a/d 转换及算术运算等功能，可实现模拟 量控制， 有的 plc 还具有 pid 运算的功能， 可以用于闭环的位置控制、 速度控制、 和过程控制。 （3）数字控制，plc 能和机械加工中的数字控制及计算数控组成一体，实 现数值控制。 （4）机器人控制，对于机器人，很多工厂也选用 plc 来控制，自动的处理 它的各种机械动作。 （5）多级控制系统。高工能的 pc 既有较强的通讯联网功能，pc 与 pc，pc 与远程 i/o、pc 与上位计算机之间可以通讯，从而可以形成多级控制系统，通常 采用多台 pc 分散控制，由上位计算机集中管理，这样的系统又称为分布式控制 系统。机床的电气控制是 plc 应用的重要领域之一，plc 是实现机电一体化的重 要手段，它既能改造传统的机械产品使之成为机电一体化新一代产品，又试用于 生产控制。根据以往 plc 应用于老企业旧设备的技术改造上取得可喜的经济效 益。将以 x62w 万能升降台铣床为列，对其应用于 plc 完成电气控制系统的自动 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 2 化改造。目的在对原有的机床实现功能扩展，改进其基于 plc 的设计理念，使其 渗透到其他机床的电控系统的自动化改造，不断推出 plc 控制的新产品，推动我 国自动化发展。 x62w 万能升降台铣床是一种高效率的加工机械，在机械加工和机械修理中 得到广泛的应用。万能铣床的操作是通过手柄同时操作电气和机械，以达到机电 紧密配合，完成预定的操作，是机械和电气联合动作的典型控制，是一种自动化 程度较高的组合机床。 但是在电气控制系统中， 故障的查找和排除是非常困难的， 特别在继电器接触式控制系统中，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率 高、检修周期长，给生产与维护带来诸多不便，严重的影响生产。由于存在以上 问提和为了提高企业设备利用率没提高产品的质量和自动化程度， 应用 plc 技术 对其进行改造。由于 plc 是把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的， 因此 plc 具有多种控制功能及优点。根据实际改造过程中具体情况主要应用于 plc 以下三个方面的优点： （1）控制系统中的构成简单、灵活。在由 plc 构成的控制系统中，只需 要在plc 的端子上接入相应的输入和输出信号线即可，当控制要求改变，需变 更控制系统的功能时，可以通过编程器在线或离线修改程序来实现。 （2）抗干扰能力强，可靠性能高。传统的继电器控制使用了大量的机械触 头， 线路复杂， 触头在开闭时易受电弧的损害， 寿命短。 而 plc 采用微电子技术， 其无故障时间一般都在 2 万小时以上，大量的开关动作由触电的电子电路完成， 大部分继电器和繁杂的线路被软件程序所取代。 同时 plc 在制造工艺上加强了抗 干扰从而避免了输入、输出部分窜入的感染信号而引起的误动作。plc 还采取了 屏蔽、滤波等措施，有效的防止了空间电磁干扰，对高频干扰信号起到良好的抑 制作用。因此，plc 可靠性大大提高。 （3） plc 的编程方法简单，使用方便。plc 采用面向控制过程，面向问题 的“自然语言”编程与使用汇编语言编程相对比容易掌握。例如目前大多数 plc 均采用的梯形图语言编程方法，既继承了传统的控制线路的清晰直观感，又考虑 到大多数电气技术人员的读图习惯及应用计算机水平，很容易被电气人员所接 受，易于编程，程序改变时也容易修改，灵活方便。这种面向控制过程，面向问 题的编程方法，与目前计算机控制常用的汇编语言相比，虽然 plc 内部增加了解 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 3 释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说是微不足道。 而 且还可采用 plc 的顺序功能图，语句表的编程方法。这些编程方法都具有易于修 改、直观、灵活方便等特点。而 plc 的输入输出接口已做好，可以直接与控制现 场的用户设备直接连接。输入接口可以与各种开关和传感器连接，输出接口具有 较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁阀等连接，使用很方便。 此外，plc 还具有自动诊断、监测功能、体积小维护方便、耗能低、机构 紧凑、紧固耐用等优点。因此，plc 是实现机电一体化的理想控制设备。当然， plc 也非十全十美，其缺点是： （1）工作速度较计算机速度慢，输出对输入的响应有滞后现象。 （2）使用中，高档的 plc，要求使用者具有相当的计算机知识。 （3） 价格比继电器控制要高，比一般的单机版系统。 对 x62w 万能升降台铣床电气控制系统的改造可以从以下几个方面入手： （1）根据对主电路和控制电路的分析简述铣床的工作原理及电气控制要 求包括器件选型。 （2）用 plc 改造该铣床电控系统的硬件设计部分，包括 plc 选型，具体 i/o 地址分配，plc 控制系统的外部接线图。 （3）用 plc 改造该铣床电控系统的软件设计部分。主要实现对原有功能的 扩展。既满足不同生产状态下，不同生产要求系控制。 （4）结束部分。通过用具运行调试程序得出设计结论。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 4 2 2x62wx62w 王能升降台铣床的工作原理、电气控制要求王能升降台铣床的工作原理、电气控制要求 2.12.1 工作原理工作原理 x62w 万能升降台铣床的外部结构如图 1 所示，它主要有 1 床身、2 主轴、 3 刀竿、4 悬梁、5 支架、6 工作台、7 回转盘、8 横溜板、9 升降台、10 底座等 几个部分组成。在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上下运动。在升降台 上面的水平导轨上，装有可在平行主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。溜板 上面有可转动的回转盘， 工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴 线方向移动（左右移动） 。工作台上有 t 形槽用来固定工件。这样，安装在工作 台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给。 铣床的主轴旋转运动称为主运动，他有顺铣和逆铣两种方式，所以要求主 轴有两个旋转方向。为了加工前对刀和提高生产效率，要求主轴停止迅速，所以 电气线路要有制动措施。铣床的进给运动有六种：即工作台前后（横向）运动， 左右（纵向）运动和上下（垂直）运动。六个方向上都能快速移动。 图 1 2.22.2 电电气线路概述气线路概述 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 5 该铣床由三台异步电动机拖动， m1 为主电动机 （功率为 7.5kw、 1450r/min）， 通过组合开关 sa5 改变电源相序实现主轴正、反两个旋转方向。为了准确停车， 主轴电动机采用电磁离合器制动。m2 为进给电动机，他通过操纵手柄和机械离 合器相配合实现前、后、左、右、上、下，六个方向上的进给运动和进给方向的 快速移动。进给的快速移动是通过牵引电磁铁和机械挂档来完成。为了扩大其加 工能力在工作台上可加圆形工作台， 圆形工作台的回转运动是由进给电动机经传 动机构驱动的。m3 为冷却泵电动机，三台电动机都有可靠的短路保护和过载保 护。 根据加工工艺要求，该电动机具有如下电气连锁措施： (1) 为了防止刀具和机床的损坏， 要求只有主轴旋转后才允有进给运动和进 给方向的快速移动 (2) 为了降低表面加工粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止， 该机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式。 但是由于主运动的惯 性很大，实际上保证了进给运动先停止、主轴运动后停止的要求。 (3) 六个方向的进给运动同时只有一种运动产生， 该机床采用了机械操纵手 柄和行程开关相配合的办法实现六个方向进给运动的互锁。 (4) 主轴运动和进给运动采用变速孔盘来进行速度选择， 为了保证变速齿轮 进入良好啮合状态，两种运动都要求变速后做瞬时点动 (5) 当主电动机或冷却泵电动机过载时，进给运动必须停止，以免损坏刀具 和机床. 2.32.3 主电路分析主电路分析 x62w 万能升降台铣床共有三台笼型三相异步电动机，均为直接启动。m1 为 主电动机，功率为 7.5kw，m2 为进给电动机，功率为 1.5kw 拖动工作台移动，m3 为冷却泵，功率为 0.75kw；三相交流电源隔离开官 q 引入，主电动机的保护是 熔断器 fu1，其过载保护是热继电器 kr1。km1 为主电动机 m1 启动接触器。进给 电动机 m2 的短路保护是熔断器 fu2，其过载保护是 kr2。km2、km3 是电动机 m2 正、反转接触器。m3 的过载保护是 kr3，kr5 是电动机 m3 的启动接触器。主电 路如图 2 所示。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 6 图 2 2.3.12.3.1 主电动机的控制线路主电动机的控制线路 控制电路的电源由控制变压器输出 110v 供电。控制线路如图 3 所示。 (1)主电动机的启动主电动机启动前应首先选择好主轴的转速没然后将组 合开关 q1 搬到接通位置，主轴换向的转换开关 sa5 搬到所需的转向。这时按下 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 7 启动按钮 sb1 或按下启动按钮 sb2，接触器 km1 得电吸合，km1 的主触点闭合接 通电动机的定子绕组，主电动机启动。km1 的辅助动合触点的线圈闭合将自锁， 辅助动合触电闭合工坐台的进给线路提供了电源。 图 3 （2）主电动机的制动 为了主轴能准确的停车又能减少电能的损耗，主轴制 动采用了电磁离合器的制动方式。电磁离合器的直流由整流变压器 tr 的二次侧 经桥式整流获得。当主轴制动停车时，按下 sb3 或 sb4，这时接触器 km1 释放， m1 定位绕组脱离电源，离合器 yc1 线圈通电，主轴制动停车。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 8 （3）主轴变速是瞬时点动变速时，首先将变速手柄拉出，然后转动蘑菇型 变速手轮，当选好合适的转速后，将变速手柄复位，在手柄复位过程中，压动行 程开关 st7，接触 km1 线圈瞬时接通，主电动机做瞬时点动，以达到齿轮的良好 啮合。当电动机的转速升的很高，在齿轮没有啮合好时可能是齿轮打牙。当瞬时 点动一次没有实现良好啮合是齿轮打牙，可以重复进行瞬时点动动作。 （4）主轴换刀 在主轴上刀或换刀时，主轴的意外转动都将造成人身事故。 因此在上刀或换刀时，应使主轴处于制动状态，控制线路中采用了停止按钮动合 触点两端并联一个转换开关 sa2-2 触点，在换刀时使它处于接通状态。当上刀或 换刀结束后，将 sa2 搬到断开位置，这时 sa2-2 触点断开，sa2-1 触点闭合，为 主轴启动做准备。 2.3.22.3.2 进给电动机的控制进给电动机的控制 进给运动在主轴启动方可进行工作台的左、右、上、下、前、后、运动是通 过操作手柄和机械联动机构控制相应的行程开关是进给电动机正传或反转来实 现的。行程开关 st1 和 st2 控制工作台的向右向左运动，st3 和 st4 控制工作台 的向前、向下、和向后、向上运动。 （1）工作台的左右（纵向）运动工作台的左右运动由纵向手柄操纵，当 手柄搬向右侧时，手柄通过联动机构接通纵向进给离合器，同时压下了行程开关 st1 的动合触点闭合，使进给电动机的正转接触器 km2 线圈得电，进给电动机正 转，带动工作台向右运动。当纵向进给手柄搬到左侧时，行程开关 st2 被压下， 行程开关 st1 复位，进给电动机反转接触器 km3 线圈得电，进给电动机反转， 带 动工作台向左运动。sa1 为圆形工作台转换开关，这时 sa1 要处于断开位置，它 的 sa1-1，sa1-3 接通，sa1-2 断开。 （2）工作台上、下（垂直）运动和前、后（横向）运动工作台的上下和 前后运动又垂直和横向进给手柄操作。该手柄搬向上或搬向下时，机械上接通了 垂直进给离合器；当手柄向前或向后时，机械上接通了横向进给离合器：手柄在 中间位置时，横向和垂直进给离合器均不接通。 在手柄搬到向下或向前位置时手柄通过机械联动机构使 st3 被压下， st3 的 动合触点接通，动断触点断开。这时进给电动机正转接触器线圈的电，电动机正 转，带动工作台向下或向前运动。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 9 当手柄搬到向上或向后位置时 st4 被压下，st3 复位，st4 常开触点接通， 进给电动机反转接触线圈得电，电动机反转带动工作台向上或向右运动。手柄搬 到向下或向前压动行程开关st3与搬到向上或向后压动行程开关st4均是通过机 械联动机构实现的。 （3） 进给变速时的瞬时点动进给变速必须再进给操作手柄放在零位时进 行。它和主轴变速一样，进给变速时，为了使齿轮进入良好啮合状态，也要做变 速后的瞬时点动，在进给变速时，首先将进给变速的蘑菇型手柄拉出，当选好合 适的进给速度后，将手柄继续拉出，再拉出行程开关 st6 被压动，st6 常开触点 接通，常闭触点断开，这时进给电动机正传接触器 km2 线圈得电，进给电动机瞬 时正转。在手柄推回原位时 st6 复位进给电动机停止。一次瞬时点动齿轮仍未进 入啮合状态，可以再重复进行一次，直到进入良好的啮合状态为止。 （4） 进给方向上的快速移动六个方向的进给快速移动是通过相应的手 柄和快速按钮配合实现的。 当在某一方向有进给后，按下快速按钮 sb5 或 sb6，快速移动接触器 km4 动 作，接触器 km4 动合触电闭合，接通快速离合器 yc3，工作台在原方向上做快速 移动，松开按钮快速移动停止 （5）进给方向上的极限位置保护 工作台再进给方向上的运动必须具有可靠 的极限位置保护，否则将造成设备或人身事故。x62w 卧式万能升降台铣床的极 限位置保护采用的是机械和电气相配合的方式。 由挡块确定各进给方向的极限位 置，当达到极限位置是，挡块将操作手柄自动的回到零位。电气上就使在相应进 给方向上的行程开关复位，切断了进给电动机的控制电路，进给运动停止。保证 了工作台在规定范围内运动。 2.3.32.3.3 圆形工作台的控制圆形工作台的控制 为了扩大机床的加工能力，可在机床工作台上安装附件圆形工作台，这样就 可以进行圆弧或凸轮的铣削加工，圆形工作台可以进行手动也可以自动，当需要 用电器方法自动控制时， 应首先将圆形工作台开关 sa1搬到接通位置， 这时 sa1-1 的触点断开，sa1-3 的触点也断开，sa1-2 的触点接通。这时按下启动按钮 sb1 或 sb2，主电动机启动。接着进给电动机 m2 正转接触器 km2 线圈得电，m2 电动 机启动，带动圆形工作台做旋转运动。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 10 圆形工作台的运动必须和六个方向的进给运动有可靠的互锁， 否则会造成刀 具或机床的损坏。为了避免这种事情发生，从电气上保证了只有纵向、横向及垂 直于手柄放在零位时才可以进行圆形工作台的旋转运动。如果某一手柄不在零 位，行程开关 st1、st2、st3、st4、就有一个被压下，他所对应的动断触点就 要断开，破坏了 km2 线圈的通过电路。所以圆形工作台工作时，如果搬动了任何 一个手柄，km2 线圈断电，m2 电动机自动停止。 工作台进给手柄位置及其控制关系 手柄位置 位置开关 动作 接触器动 作 电动机 m2 转向 传动链搭合 丝杠 工作台方 向 左st2km3反转 左右进给丝 杠 向左 中 - 停止停止 右st1km2正传 左右进给丝 杠 向右 工作台上、下、中、前、后、进给手柄位置及其控制关 手柄位置 位置开关动 作 接触器动 作 电动机 m2 转向 传动链搭合 丝杠 工作台运动 方向 上st4km3反转 上下进给丝 杠 向上 下st3km2正传 上下进给丝 杠 向下 中停止停止 前st3km2正传 前后进给 丝杠 向前 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 11 后st4km3反转 前后进给丝 杠 向后 2.4x62w2.4x62w 万能升降台铣床电气元件万能升降台铣床电气元件 2.4.12.4.1x62wx62w 万能升降台铣床电器元件目录万能升降台铣床电器元件目录 符号名称及用途符号名称及用途 m1主电动机sa5主轴换向转换开关 m2进给电动机q1电源转换开关 m3冷却泵电动机 sb1、 sb2 主轴启动按钮 km1 主电动机起动接 触器 sb3、sb4主轴停止按钮 km2 正向进给电动机 启动接触器 sb5、sb6 工作台快速移动按 钮 km3 反向进给电动机 接触器 sb7、sb8冷却泵起停按钮 km4快速接触器kr1主电动机热继电器 km5冷却泵接触器kr2 进给电动机热继电 器 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 12 符号名称及用途符号名称及用途 st3 工作台向下向前 进给行程开关 tc控制变压器 st4 工作台向后、向上 进给行程开关 td照明变压器 st6 进给变速瞬时点 动开关 tr整流变压器 st7 主轴变速瞬时点 动开关 u晶闸管整流器 sa1 圆形工作台转换 开关 yc1主轴制动电磁离合器 sa2 主轴上刀制动开 关 yc2进给电磁离合器 sa4照明灯转换开关yc3快速电磁离合器 2.4.22.4.2 元器件选型元器件选型 st1 工作台向右进给 行程开关 kr3 冷却泵电动机热继 电器 st2 工作台向左进给 行程开关 fu1-fu6熔断器 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 13 2.4.2.12.4.2.1 电动机的选取电动机的选取 根据机床技术上的要求，合理的选择电动机的功率、转速、结构形式等， 而 且要考虑设备投资费用少，运行费用低的经济指标。电动机功率与电动机的允许 升温和过载能力有关，且功率因素和效益降低，不经济。若功率选小了，电动机 过载运行，超过允许升温，降低使用寿命，严重时会使用电机损坏。因此，应合 理选择电动机的功率。电动机的结构形式根据安装方式的不同，分为卧式和立式 两中种。普通铣床选择通用（y 系列）的卧式电动机。根据环境来选择电动机的 防护形式，在没有特殊要求的环境下一般选择防护式，在有冷却液、易于产生铁 屑、有灰尘的环境下，采用封闭式；若在加工易燃合金或煤油冷却铁削和刀具的 环境下，则采用防爆式。电动机的转速是根据机床的要求和传动装置的具体情况 来选择的， 电动机的转速越低， 则体积越大， 功率因数和效率越低， 价格也越高。 电动机的转速过高，齿轮传动箱减速比大，效率低。以下是本次设计选用的电动 机型号。 器件功率型号转速定子电流 m175kwy132m-41450r/min15.4a m21.5kwy90l-41410r/min3.65a m30.75kwy80-22825r/min1.9a 2.4.2.22.4.2.2 按钮的选取按钮的选取 按钮用作短时接通或断开小电流的开关。根据电源种类、电压等级、所需触 电数，适用场合及颜色等选择。按钮的额定电压，交流 500a、额定电流 5a。紧 急按钮（红）选 la19-11j 型，一般按钮（绿）选 la19-11d 型。 2.4.2.32.4.2.3 组合开关的选取组合开关的选取 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 14 组合开关又叫特换开关是用来作为电源开关等。也可以直接起停 5kv 以下的 三相异步电动机或控制电路的转换开关等。根据电源种类、电压等级、电动机功 率及所需触电数等选择。可以选择 hz5b-10-r 型和 hs11-200/3 型的组合开关即 可满足要求。 2.4.2.42.4.2.4 行程开关的选择行程开关的选择 行程开关是按照机床运动部件的行程位置而动做的小电流开关， 根据运动部 件对形成开关形式的要求触电的种类和数量、电压、电流等级来选择。可以选择 lx19a-001 型的行程开关即可满足要求。 2.4.2.52.4.2.5 熔断器的选取熔断器的选取 熔断器用于短路保护。根据被保护的对象选择熔断器的类型、电压电流和熔 断器的额定电流。对于没有冲击电流的一般负载如照明、指示信号、电阻器等， 熔断的额定电流应稍大于或等于线路的工作电流。熔断器的种类有插入式、螺旋 式填料封闭管式及快速熔断器等。可以选择 rl1-20 型的熔断器即可满足要求。 2.4.2.62.4.2.6 热继电器的选取热继电器的选取 热继电器主要用来对电动机进行过载保护的。 根据电动机的额定电流选择热 继电器的型号、规格及元件的电流等级。使用时应使热继电器的整流电流等于电 动机的额定电流。可以选择 jr16b-20/3 性热继电器即可满足要求。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 15 3 3 改造方案的确定改造方案的确定 根据元铣床电气控制线路实现的控制要求和工人师傅的操作习惯来确定系 统的改造方案： （1）不改变原控制系统的电气操作方法。 （2）不改变电气系统控制元件（包括行程开关、按钮交流接触器、中间接触 器、以上原件的数量、作用均与电气线路相同） 。 （3）原控制线路中热继电器仍用硬件控制（因过载使用几率较少） 。 （4）原主轴和进给变速箱操作方法和结构不变。 （5）原铣床的加工工艺方法不变。 （6）只是将原继电器控制中的硬件改为用软件编程来替代。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 16 4 4 用用 plcplc 改造改造 x62wx62w 万能升降台铣床的电控系统硬件设计万能升降台铣床的电控系统硬件设计 plc 按其结构可分为整体式、 模块式和叠装式三种。 整体式的 cpu 模块、 i/o， 模块和电源装在一个箱状机壳内，机构非常紧凑，体积小，价格低。小型可编程 序控制器一般采用整体式结构。整体式可编程序控制器可提供多种不同的 i/o 点数的基本单元和扩展单元，基本单元内有 cpu 模块、i/o 模块和电源，扩展单 元内有 i/o 模块和电源，其基本单元之间用扁平电缆连接。各种输入点和输出点 比例式固定的，有的可编程程序控制器有全输入型的扩展单元。模块式的可编程 控制器用搭积木的方式组成系统，它由框架和模块插在模块插座上，模块插座焊 在框架中的总线上。可编程控制器的电源可能是单独模块，也可能包含在 cpu 模块中。叠装式的可编程序控制器吸收了整体式和模块式可编程序控制器的优 点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块等高等宽，但是长度不同。它们不用基 板，仅用扁平线缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。输入、输出点的配 置也相当灵活。 plc 基本组成 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 17 4.1x62w4.1x62w 铣床输入输出点数统计铣床输入输出点数统计 因为在改造中不改变原有控制系统， 所以 plc 输入输出点数可能根据原继电 器控制电路来计算。 4.1.14.1.1 输入点数输入点数 （1）原主电动机启动按钮两个合为 1 个输入点，主电动机停止按钮两个合为 1 个输入点，主电动机变速点动行程开关 1 个，共 3 点。 （2）工作台上右移行程开关 1 个，左移行程开关 1 个，前、下移行程开关 1 个。后、上移行程开关 1 个，工作台快速按钮两个合为 1 个输入点，工作台变速 冲动行程开关 1 个，工 6 点。 （3） 冷却泵启动一个，冷却泵停止 1 个，工 2 点。 （4） 圆形工作台转换开关 1 个。 （5）主轴换刀转换开关 1 个。. (6)安全工作照明开关 1 个。 输入点数共 14 点。 4.1.24.1.2 输出点数输出点数 根据原控制器主电动机、工作台进给电动机、快速进给电磁离合器、主轴制 动电磁离合器、正常进给电磁离合器及冷却泵电动机用交流接触器，安全工作照 明灯，铣床的各种工作状态指示灯等统计输出点数为； （1）主电动机运行交流接触器 1 个，主电动机制动电磁离合器交流接触器 1 个，共两点。 （2）工作台进给电动机正、反转交流接触器各 1 个，正常进给电磁离合器交 流接触器 1 个，快速进给接触器 1 个，主电动机制动电磁离合器线圈 1 个，共 5 点。 （3）冷却泵电动机交流接触器 1 个。 （4）安全工作照明灯 1 个。 （5）主电动机正常工作、进给电动机正常工作、正常进给工作、快速进给工 作指示灯各个，共 4 个。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 18 输出点数共为 13 点。 4.2plc4.2plc 的选择的选择 x62 万能升降台铣床属于单机控制， 输入、 输出均为开关。 改造后共需输入、 输出点数为 27 点。根据实际控制要求，并考虑系统改造成本及准确计算 i/o 总 点数的基础上，选用三菱 fx2n_32mr_001 型（继电器输出，模块式）plc 为基本 元素，i/o 总点数为 32 点，输入点数为 16 点，输出点数为 16 点。既可满足本 次改造的需要，又为今后生产工艺的调整提供方便，原系统中的外部输入、输出 设备和必要的配件保护设备保留， 将原继电器控制中的硬件接线改为软件编程来 代替。具体 i/o 地址分配表见下表。外部接线图如图 4 所示。x62w 万能升降台 铣床的工作流程图如图 5 所事。 输入继电器 xx0-x7；x10-x13； x14-x17； 输出继电器 yy0-y7；y10-y13； x14-y17； 辅助继电器 mm0-m10； 定时器tt0-t10； 计数器cc0-c10； 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 19 i/o 地址分配表。 输入部份 地址元件功能 x0sb1、sb2主电动机 m1 启动按钮 x1sb3、sb4主电动机 m1 停止按钮 x2sa4安全工作照明灯开关 x3sb5、sb6工作台快速进给按钮 x4sa2主轴换刀转换开关 x5sa1圆形工作台转换开关 x6st2工作台左移行程开关 x7st1工作台右移行程开关 x10st3工作台前、下移动行程开关 x11st4工作台后、上移动行程开关 x12st7主轴变速冲动行程开关 x13st6进给变速冲动行程开关 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 20 x14sb7冷却泵启动按钮 x15sb8冷却泵停止按钮 地址元件功能 y0km1主电动机 m1 接触器 y1km2进给电动机 m2 正转接触器 y2km3进给电动机反转接触器 y3km4快速进给接触器 y4km5冷却泵电动机 m3 接触器 y5yc1主轴制动电磁离合器线圈 y6yc3工作台快速进给离合器线圈 y7yc2工作台正常进给离合器线圈 y10el安全工作照明 y11l1 进给电动机m2正常工作指示 灯 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 21 输出部分 y12l2工作台正常进给工作指示灯 y13l3工作台快速进给工作指示灯 y14l4主电动机m1正常工作指示灯 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 22 图 4 外部接线图 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 23 开始 km1 失电，m1 停止接下sb1或sb2 接下 sb3 或 sb4km1 得电、m1 起动 按下 sb7 km5得 电、 冷 却 泵 电 机m3启动 图 5x62w 万能升降台铣床工作流程示意图 手柄板 向右 st1 被 压下 手柄版 向左 st2 被 压下 手柄版 向上 st4 被 压下 手柄版 向下 st3 被 压下 手柄版 向前 st3 被 压下 手柄版 向后 st4 被 压下 km2 得电 m2正 转 km3 得电 m2反 转 km3 得电 m2反 转 km2 得电 m2正 转 km2 得电 m2正 传 km3得 电 m2 反转 工作台 右行 工作台 左行 工作台 上行 工作台 下行 工作台 前行 工 作 台 后行 按下 sb5 或 sb6 km4 得电、yc3 接通 工作台快速移动 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 24 5 5 软件设计软件设计 软件编程取代继电器逻辑控制的硬件连线电路是 plc 编程方式有 4 种：梯形 图、指令、逻辑功能图、高级语言。尤其以梯形图和指令应用较广。梯形图是一 种图形语言，它仍沿用继电器的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，并增加 了一些电器控制没有的符号，梯形图比较形象直观，对熟悉继电器表达方式的上 来说，易被接受，而不学习更深的计算机知识。尽管各种，plc 的指令系统以及 指令的助记符不全相同，但梯形图的设计方法基本上是相同的。设计梯形图一般 应遵循以下规则； （1）按自上而下，从左到右的顺序排列，每个继电器线圈为一个逻辑，即一 层阶梯。 （2） 梯形图中，一般情况下，某个编号（定义号）的继电器线圈只能出现 一次（即不能出现重号的继电器线圈） ，而继电器线的接触点则可无限使用，既 可以是常开触点，也可以是常闭触点。在某些特殊情况下，也允许出现重号的继 电器线圈，如使用多个跳转指令的程序和使用步进指令的情况。 （3）输入继电器的线圈由输入点的外部输入信号驱动。 （4）在每一个逻辑行上，串联接点多的电路应排在上面，如果串联接点多的 电路排在下面，则需要增加一条 orstr 指令，这是不好的。 （5）在每个逻辑行上，并连接点多的电路应排在左面。 （6）不允许在一对节点上有双向的电流通过。 （7）在编程中，通过很多条逻辑行都具有相同的控制条件时，并联各条逻辑 行共有的控制条件。 根据实际工艺要求及改造的需要，记住梯形图（ladder diagram）来编程用 户控制程序，实现单台设备或生产过程的顺序控制，则是 plc 主要功能之一。 开 关量控制系统梯形图的设计方法有两种，即经验设计法。与顺序控制设计法。 在 可编程控制器发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图，即在 一些典型电路的基础上，根据被控制系统的具体要求不断的修改和该改善梯形 图， 。有时需要多次反复的调试和修改梯形图，不断地增加中间编程与原件和辅 助触电，最后才能得到一个满意的效果。这种方法没有普遍的规律可以遵循， 具 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 25 有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一。顺序设计控制法，所谓的顺序 控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各自输入信号的作用下，根据内部 状态和时间顺序，在生产过程中各个执行机构自动的有秩序的进行操作。就三菱 fx2n 系列而言，实现顺序控制的程序设计方法主要有四种：采用起保停电路的 编程，采用以转换为中心的编程，采用步进梯形指令 ， （step ladder instruction-stl）编程和仿步进梯形指令编程。步进梯形指令是由状态转移图 设计梯形图的一种步进指令。状态转移图直观地表示了工艺流程。因此，采用步 进指令设计梯形图具有简单直观的特点，使顺序控制变得容易，大大缩短了设计 者的设计时间，步进梯形图与继电器图形相比：继电器图形通常由于一些串联连 接的接点组成的简单的控制过程，这使各逻辑操作条件信号较为容易得到，而步 进梯形图主要用于顺序控制，很容易实现控制要求。 5.15.1 梯形图的设计梯形图的设计 首先采用“化整为零”的方法，参照 x62w 的工作流程图，按被控制的对象 和各个控制功能，逐一设计出主电动机 m1 的梯形图、工作台进给运动控制电动 机 m2 的梯形图和冷却泵电动机 m3 的梯形图，在“集零为整”完善关系，设计出 整体控制梯形图。如下图所示。 5.25.2 编写程序编写程序 根据梯形图和三菱 fx2n 系列的基本逻辑指令编写程序语句表。fx2n 系列可 编程控制器共有 27 条基本逻辑指令，此外还有一百多条功能指令。仅用逻辑指 令便可以编制出开关量控制系统的用户程序。编制程序是使用的指令： ld: 常开触点与母线连接的指令。 ldi：常闭触点与母线连接的指令。 out: 驱动线圈的输出指令。 and：常开触点串联连接指令。 andi：常闭触点串联连接的指令。 or：常开触电的并联连接指令。 ori: 常闭触点并联连接指令。 orb：电路块并联连接指令。 anb：电路块串联连接指令。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 26 梯形图 其语句表如下：其语句表如下： 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 27 步序指令器件号 0ldx0 1orm0 2andix4 3orx12 4andix1 5outy0 6andix12 7outm0 8ldy0 9ory3 10andix1 11outm1 12ldx7 13andix5 14ldx13 15andix7 16orb 17ldx5 18andix7 19orb 20andix10 21andix11 22andix6 23andm1 24outm2 25ldx10 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 28 26andix5 27ldx13 28andix10 29orb 30ldx5 31andix10 32orb 33andix7 34andix11 35andix6 36andm1 37outm3 38ldx6 39andix11 40ldx11 41andix6 42orb 43andix5 44andix10 45andix7 46andm1 47outy2 48ldm2 49orm3 50outy1 51ldy1 52ory2 53andx3 54andix1 55outy3 56ldx14 57orx4 58andm0 59andix15 60outy4 61ldx1 62orx4 63outy5 64ldiy3 65outy7 66ldy3 67orx1 68outy6 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 29 69ldy0 70outy14 71ldy1 72ory2 73outy11 74ldy7 75outy12 76ldy6 77outy13 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 30 2 78ldx2 79outy10 80end 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 31 6 6 结论结论 本次设计在用 plc 改造的机械产品，使之成为机电一体化产品方面做了有 益的探索，以 x62w 万能升降台铣床为列，在分析了主电动机和控制电路后简述 了铣床的工作原理及电气控制要求，根据实际工艺过程做出相应的元器件的选 择，设计出 x62w 万能升降台铣床的 plc 控制 i/o 电路、plc 的外部接线图。在 软件设计部分设计出了梯形图、语句表。控制程序在 kg50plc 实验台上模拟调试 通过。经模拟完全符合 x62w 万能升降台电气控制要求。自动化控制的先进度是 体现机床自动化水平的重要标志。 作为工业计算机随着计算机技术和微电子技术 的迅猛发展， plc 已成为工业控制的标准设备之一。 它既能改造传统的机电设备， 又能适用于生产的自动化控制。 因此 plc 的灵活运用是实现机床自动化水平的有 效途径；同时体现了利用为电子技术改造机械工业的基本发展方向。今后 plc 将朝着以下方向发展； （1）小规模低造价。 （2）分散控制。 （3）更高处理速度和更大存储容量。 （4）plc 编程软件实现多样化和高级化。 （5）dcd 和 plc 的控制功能将进一步融合，dcs 必将被由 plc 组成的控制 系统或被以 pc 为平台的 plc 控制系统所代替。 同时 plc 加强了组网和通讯能力， 能实现 pc 之间和 pc 与管理计算机之间的通讯网络，形成多层分布控制系统， 广 泛应用与机械柔性制造系统（fms） 、机械计算机集成制造系统（cims）以及其他 各个领域中。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 32 注释注释 符号注释单位 p功率kw fu熔断器 kr热继电器 sa组合开关 q隔离开关 tr变压器 st行程开关 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 33 8 8 参考文献参考文献 1廖常初 可编程程序控制器应用技术；重庆大学出版社，2004.9 2齐占庆 机床电气控制技术；机械工业出版社，1999.10 3黄义源 机床设备电气与数字控制；中央广播电视大学出版社，1993.2 4吕锋 容文杰 plc 控制系统的设计方法与技巧；河北冶金出版社 1994.4 5朱学军 赖惠芬 陈昭荣 plc 在 du 型多功能组合机床电控系统改造中改造应 用；2000 6万太福 唐贤永 可变控制器及其应用；重庆大学出版社，2000 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 34 9 9 致谢致谢 在本次设计中，指导教师给与我们很大的帮助，是我们顺利完成了这次毕业 设计，我再次非常感谢祝老师给我的这种无私的帮助。同时，我也非常感谢其他 的老师和我身边的同学们，它们在我的设计中也给予我很大的帮助。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 35 附件：附件： 本设计包含 a1 图纸两张（一张 x62w 型铣床电气控制线路图， 一 张 plc 外部接线图及梯形图）说明书一份。 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 36 thethe developmentdevelopment ofof continuouscontinuous castingcasting from the making, shaping and treating of steel by william， mcgrawhill companies, inc., 2002 the development of continuous casting continuous casting was developed very rapidly after the second world war. steel-producers arc today generally convinced that continuous casting is at least as economical as ingot production and can match the quality of the latter across much of the production spectrum for high-quality steels. continual development of the technique aimed at improved steel characteristics is leading to increasing adoption of the process in works producing special high-grade steels. the reasons for continuous-casting systems are: (1) lower investment outlay compared with that for a blooming train (mini-steelworks); (2) about 10% more productivity than with conventional ingot-casting; (3) high degree of consistency of steel composition along the whole length of the strand; better core quality, especially with flat strands; high inherent surface quality, leading to savings on an otherwise expensive surfacing process; (4) high degree of automation; (5) friendlier to the environment; (6) better working conditions. 宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 37 types of installation the first continuous-casting plants were aligned vertically; however, with larger cross-sections, increasing strand-length, and, above all, with increasing pouring-rates this type of construction leads to unreasonable building-heights. these factors also lead to a considerable increase in the length of